减震榫-活动支座应用于高铁桥梁的减震性能研究

为研究分离式减震榫-活动支座应用于高速铁路桥梁的减震效果,结合该类桥梁的特点给出分离式减震榫-活动支座的设计原则以及力学模型,在此基础上以一座五跨32m的高速铁路预应力混凝土简支梁桥为背景进行分析。采用有限元软件ANSYS建立全桥空间模型,考虑活动支座摩擦系数、地震强度以及车速的影响,分析应用分离式减震榫的桥梁的动力响应,并与普通支座桥梁进行对比。结果表明:将分离式减震榫应用于高速铁路简支梁桥具有较好的减震效果;活动支座摩擦系数对应用减震榫-活动支座的桥梁的墩底弯矩及墩顶位移的影响不大,对梁体位移影响较大;随着地震强度的增加,减震榫-活动支座的位移相应增加,减震榫减震效果越好;随着列车速度的增加,应用减震榫-活动支座的桥梁的梁体横向位移减小,减震榫对墩底弯矩的减震效果十分稳定。     

菱形钢阻尼减震支座与性能分析

针对中小跨径的梁式桥,围绕支座滑动、隔断地震力以及后续梁体的地震限位问题,本文提出一种同时具备优良滞回耗能特性和工程可实践性的菱形钢阻尼减震支座。首先详细介绍了该种支座的构造形式和工作机制,并通过数值仿真的技术手段研究了菱形钢阻尼元件的变形模式和力学行为,之后以一座典型的梁式桥为例,比较分析了滑动约束体系、采用菱形钢阻尼支座的减震体系、固定约束体系下墩底的剪力、弯矩需求以及墩-梁位移的地震响应情况,进而论证本文菱形钢阻尼支座的减震效果。     

一种新型软钢减震榫的设计与试验研究

针对目前铁路桥梁减隔震支座尺寸大、性能单一和造价高等不足,基于支座功能分离的设计思想,提出一种分离式软钢减震榫。分析该减震榫的构造形式与工作机理,制作2组(6个)不同构造参数的分离式软钢减震榫,进行拟静力往复加载试验,研究其滞回曲线、能量耗散能力、初始刚度及位移延性系数等性能参数,同时对影响其滞回性能和弯曲变形的关键因素进行分析。研究结果表明:分离式软钢减震榫的初始刚度较大,滞回曲线饱满、稳定,等效粘滞阻尼比可达到45%以上,具有十分稳定的耗能性能和良好的延性变形能力,可以同时满足桥梁在正常使用阶段的水平刚度要求和地震作用下的耗能要求;影响滞回性能和弯曲变形的主要因素为套筒的长度、榫身高度、耗能段的横截面直径以及突变截面处的处理方式。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。     

千米级斜拉桥横向减震体系振动台试验

工程中常采用的斜拉桥横向固定体系会增大桥墩、桥塔及其基础的抗震需求，从而增大斜拉桥在地震作用下的损伤破坏风险。为解决这一问题，以已研发的桥梁新型横向钢阻尼器为减震耗能装置，采用振动台试验方法，研究大跨度斜拉桥横向减震体系在近、远场地震作用下的减震效果。以苏通大桥为背景，设计1/35几何相似比的斜拉桥全桥试验模型，并分别进行横向减震体系和传统的横向固定体系的振动台试验。其中，将钢阻尼器与滑动型球钢支座并联布置于桥墩处、钢阻尼器布置于桥塔处形成横向减震体系。基于试验结果进行减震体系的减震行为分析。研究结果表明：在近、远场地震作用下，减震体系均能显著地减小主梁传递给桥墩和桥塔的地震力，其中墩梁、塔梁连接横向传力均减小50%以上，且将主梁位移限制在可接受范围内；减震体系也显著减小了塔身位移、曲率以及墩底曲率需求，其中，塔底截面曲率平均减小了34%，近塔辅助墩墩底曲率平均减小了67%；钢阻尼器拥有饱满的滞回曲线，但其滞回特性与地震输入有关；相对于支座的摩擦耗能，钢阻尼器的耗能能力更显著；在带有速度脉冲的近场地震作用下，钢阻尼器以及支座的位移响应具有明显的脉冲特点。     

抗震支座在高烈度区域曲线连续梁桥减震设计中的应用

为研究高烈度区域内,抗震支座对曲线连续梁桥的减震性能,采用有限元软件Midas Civil 2015分别建立设置普通橡胶支座与高阻尼橡胶支座的全桥三维模型,采用加速度峰值修正的EI Centro波作为地震动输入,对同样地震力作用下,桥梁结构的位移和内力响应进行对比分析,并采用弯矩-曲率曲线对其减震效果进行研究。分析结果表明,设置高阻尼橡胶支座能够有效地改善桥梁墩顶位移与墩身、桩身内力,抗震支座对横向位移减小效果明显,且由于改变了全桥的刚度分布,使得普通支座模型中承受较大弯矩的矩形墩内力大幅度减小,全桥内力趋于合理化。     

桥梁分级减震支座抗震性能分析

基于小震"硬抗",大震"减震耗能+协同抗震"为核心提出分级减震理念,并开发了分级减震支座,对其力学参数与性能进行理论分析与试验研究。以某大跨连续梁桥为例,采用抗震支座、分级减震支座、摩擦摆减隔震支座3种方案对减震性能进行对比分析,结果表明,在E2地震作用下,采用分级减震支座方案墩底轴力响应最小,且相比于抗震支座方案可大幅降低固定墩墩底剪力及弯矩,相比于摩擦摆减隔震支座方案墩底剪力及弯矩均有一定的减小,表现出了较好的减震效果。     

高性能板式减震橡胶支座性能研究

采用理论分析和试验验证相结合的方法,针对一座3联(12跨)不等墩高连续梁桥,对比了高性能板式减震橡胶支座隔震体系和传统板式橡胶支座隔震体系下桥梁结构的动力特性、墩底弯矩、支座位移、支座竖向承载性能和支座复位能力。相较于传统的板式橡胶支座,高性能板式减震橡胶支座隔震结构的自振周期稍有延长、墩底弯矩能需比更大、支座位移响应相差不大,高性能板式减震橡胶支座更能满足抗震需求。     

拉索减震支座在人行天桥中的应用

拉索减震支座是一种将普通支座和拉索联合使用的减震支座,通过支座滑动耗能,通过拉索限位,有着广阔的应用前景。以某人行天桥为背景,采用Midas Civil通用有限元分析软件建立三维有限元模型,对比分析了多种工况下地震响应,重点讨论了采用拉索减震支座后的减震效果,并研究了拉索减震支座自由程参数的合理选取问题。结果表明采用此支座能有效减小连续梁中固定墩地震相应;墩、梁相对位移也在支座正常工作范围内;适当增加支座的拉索自由程能提高支座的减震效果。     

基于不同墩高下高阻尼减隔震支座合理适用范围研究

以一座连续梁桥为例,采用CSIBridge有限元软件建立动力分析模型,分别对高阻尼减隔震橡胶支座和普通板式橡胶支座两种体系桥梁结构进行动力时程分析,对比两种支座体系桥梁结构在不同墩高工况下的地震响应。通过对结构自振周期、地震位移响应、桥墩内力等方面对比分析,研究高阻尼减隔震支座在地震荷载中对桥梁结构的减震效果。结果表明,在墩高较低时,减隔震支座能够通过水平方向大位移剪切变形及滞回耗能实现减震功能,而在高墩情况下,其减隔震效果不明显。综合考虑,高阻尼减隔震橡胶支座适用于墩高不超过40m的连续梁桥,在此墩高范围内具有较好的减隔震效果。     

大跨度斜拉桥摩擦摆式支座减震性能分析

为选用合适的摩擦摆支座设置方案,以改善地震作用下大跨度斜拉桥下部结构的受力性能,以安庆-九江高铁鳊鱼洲长江大桥主航道桥为背景,利用有限元软件建立全桥模型,比较不同摩擦摆支座设置方案下桥梁下部结构的地震反应。结果表明:在地震作用下,不设置摩擦摆支座时,承台底轴力及墩梁之间相对横向位移不满足减震要求;仅边墩设置摩擦摆支座墩梁之间相对横向位移不满足设计要求;边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座后,下部结构最不利轴力显著提高,墩梁之间相对横向位移响应明显下降,安全系数大幅提高,均能满足结构减震要求。鳊鱼洲长江大桥主航道桥最终采用边墩及辅助墩均设置摩擦摆支座方案。     

某连续刚构桥抗震与减震性能分析

高承载力隔震支座具有竖向承载力高、滞回耗能能力强等优点。文中以某主跨150 m连续刚构桥为研究对象,运用有限元软件MIDAS进行动力时程分析,对比仅布置滑动支座和布置滑动支座加高承载力支座两种体系时桥梁在E1和E2地震作用下的响应。结果表明,E1和E2地震作用下设置两种体系各关键截面均处于完全弹性范围内,布置高承载力支座的隔震体系时桥梁主梁位移和关键截面内力均不同程度减小。     

减震榫滞回性能理论及试验研究

为明确减震榫的受力特点、变形形态及耗能效果,以高铁兰新线32m简支梁桥的减隔震设计为背景进行研究。推导减震榫核心性能参数的理论估算公式;对全尺寸减震榫试件进行拟静力循环加载试验,验证其滞回耗能性能;采用ABAQUS有限元软件对减震榫进行有限元模拟分析,并与理论计算值和试验结果进行对比。研究结果表明:减震榫滞回曲线饱满,具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,等效粘滞阻尼系数可达到40%,是一种理想的耗能元件;推导出的核心性能参数理论公式与有限元计算值和试验测定值非常接近,能够较为准确地反应减震榫的工作性能。     

设置TMD的高墩大跨铁路钢桁梁桥减震分析

为研究设置TMD对高墩大跨铁路钢桁梁桥的减震效果,以一座2×98m的高墩(墩高86~92m)大跨铁路钢桁梁桥为研究对象,采用有限元软件MIDAS建立全桥空间动力计算模型,对仅在墩顶设置TMD、在墩顶和桥墩中部同时设置TMD两种工况下结构的地震反应进行分析。结果表明:TMD可作为高墩桥梁减小地震反应的有效措施之一;对于高墩桥梁,在墩身内部设置TMD装置不能仅对其1阶振型设计TMD,应考虑第2阶或更高阶振型的动力贡献,才能获得最优的减震效果;TMD对高墩墩顶位移以及墩底弯矩减震效果较明显,但对墩底剪力减震效果相对较差。     

基于盆式支座与黏滞阻尼器的某大跨度斜拉桥减震研究

以一座大跨度斜拉桥为研究对象,用Midas Civil软件建立其全桥三维有限元模型。针对其在E2地震作用下位移超过限值问题,提出在桥墩与上部结构间布置盆式支座+黏滞阻尼器的减震方案,对黏滞阻尼器阻尼指数进行优化分析,得到最优阻尼指数,进一步对其位移及内力进行了减震效果分析。分析结果表明,主墩支座位移从596mm降至216mm,最大减震效果达63.8%,满足规范要求;在主跨部分布置盆式支座和黏滞阻尼器对其他跨桥墩墩底弯矩也有一定降低效果,两者耗能特性得到充分发挥,能够有效降低结构的地震响应,证明了盆式支座+黏滞阻尼器减震方案的合理性和可行性。     

公轨两用大跨度斜拉桥纵向减震体系优化

为研究公路与跨座式单轨交通两用钢桁梁斜拉桥的合理减震约束体系,以牛田洋大桥为工程背景,利用ANSYS建立有限元模型,并采用时域显式降维迭代法,在考虑纵向活动支座动力特性基础上分析纵向无约束、弹性索、粘滞阻尼器及速度锁定装置等4种减震体系的结构静动响应和粘滞阻尼器4种墩塔处布设方案的减震效果,优化粘滞阻尼器参数;分析跨座式单轨交通列车制动力及行车振动对粘滞阻尼器参数的影响,计算粘滞阻尼器行程。研究表明:无约束体系地震位移响应最大,弹性索体系塔底弯矩最大,速度锁定装置体系位移最小但塔底弯矩较大,粘滞阻尼器体系塔底弯矩最小,位移响应较小,耗能作用最好;仅主塔处设置粘滞阻尼器时减震费效比最高,主塔及辅助墩均设置阻尼器时减震效果最优;当阻尼系数c=3 500～5 000kN·(m/s)~(-α)和速度指数α=0.3～0.5时减震效果较优;大跨径公轨两用钢桁梁斜拉桥可设计合适的支座静摩擦系数抵抗跨座式单轨交通列车的制动力,粘滞阻尼器参数选取可不考虑列车制动的影响;阻尼器速度指数α宜适当取高值,以减少列车过桥时参与工作;粘滞阻尼器行程需按动、静作用分别考虑。     

大跨连续刚构桥箱梁抗震分析与减震措施研究

高烈度地震区大跨连续刚构桥箱梁在地震作用下会发生弯曲变形,产生较大弯矩和剪力,对箱梁抗裂及承载能力产生不利影响。为减小连续刚构桥箱梁在地震作用下的内力,以(90+190+228+123+60)m刚构+连续梁协作体系桥为例,采用有限元软件Midas Civil建模,对主墩墩型和支座类型的影响进行抗震分析并提出减震措施。研究结果表明:①主墩采用双薄壁墩比独柱式空心薄壁墩对箱梁抗震有利;②在辅助墩、交界墩或桥台处设置高阻尼隔震橡胶支座,可以减小箱梁和主墩受力;③在主桥梁端纵桥向设置粘滞阻尼器可以显著降低箱梁和主墩的弯矩;④组合使用高阻尼隔震橡胶支座+粘滞阻尼器减震措施,可以在不中断交通的情况下显著提升连续刚构桥的抗震性能。     

填充式钢管阻尼器性能及在桥梁横向减震中的应用

中小跨径桥梁采用板式橡胶支座时，在横桥向地震作用下起到一定的隔震作用，但是墩梁相对位移偏大，主梁容易与挡块发生碰撞，甚至发生横桥向落梁等严重震害。为提高桥梁横向耗能能力，减小地震作用下主梁的侧向位移，研发了一种填充式钢管阻尼器，阻尼器与板式橡胶支座共同组成了桥梁横向减震系统。地震作用下，板式橡胶支座传递竖向荷载并提供一定的横向位移能力，填充式钢管阻尼器通过塑性变形耗散部分输入的地震能量，可以有效减小墩梁相对位移。首先阐明填充式钢管阻尼器的工作机理，试验研究其滞回性能和失效模式，并提出实用简化分析模型。在此基础上，以一座简支小箱梁桥为例，给出填充式钢管阻尼器主要参数的选取过程，分析了主梁和墩顶位移、桥墩与土-结构相互作用力以及填充式钢管阻尼器和桥梁挡块的滞回性能。结果表明：在地震作用下，填充式钢管阻尼器耗能和变形能力远大于钢筋混凝土挡块，附加填充式钢管阻尼器后，墩梁相对位移明显减小，而墩顶位移和墩底内力等变化不大，附加填充式钢管阻尼器后不会对桥墩、桩基等构件产生不利影响。     

ε型钢阻尼减震支座在连续箱梁桥中的减隔震应用效果分析

以陕西省某(20+33+20)m连续梁桥为工程背景建立有限元模型,分别对采用普通橡胶支座及ε型钢阻尼减震支座方案的桥梁内力、位移响应进行了计算和分析,计算结果表明:ε型钢阻尼减震支座的滞回曲线饱满,具有良好耗能减震作用,采用ε型钢阻尼减震支座可有效地减小桥梁各墩柱地震力,同时桥梁梁端位移也大大减小。     

基于拉索减震支座的高墩桥梁抗震设计策略

近年来,随着我国桥梁工程的高速发展,桥梁交通网络不断完善,更多的高墩桥梁被应用于实际工程中。以某实际工程中的高墩桥梁为例,提出了基于拉索减震支座的抗震设计策略,对比研究了常规体系、采用摩擦摆支座的减隔震设计方案,分析了不同方案在E2水平地震作用下的桥梁结构响应。分析结果表明：高墩桥梁中采用拉索减震支座、摩擦摆支座都能有效地降低结构地震内力响应。摩擦摆支座与常规体系都可能导致较大的墩梁相对位移;拉索减震支座可有效控制墩梁相对位移,有利于防止落梁灾害的发生,是一种合理有效的抗震设防策略。研究内容可为高墩桥梁抗震设计提供有益参考。